农田水利学试题及答案

农田水利学试题及答案一、名词解释题（共10小题，每小题2分，合计20分）1.灌溉设计保证率2.田间持水量3.排涝模数4.渠系水利用系数5.作物需水临界期6.地下水临界深度7.灌水率（灌水模数）8.田间水利用系数9.排渍模数10.水稻“浅湿晒”灌溉制度参考答案：1.灌溉设计保证率：指灌区多年运行周期内，灌溉用水量能够得到全部满足的年数占总统计年数的百分比，本质是灌溉工程供水不发生短缺的长期概率，是确定灌区供水规模、水源工程调蓄能力的核心参数。依据我国现行《灌溉与排水工程设计标准》GB50288-2018，以旱作为主的小型灌区灌溉设计保证率不应低于75%，以水稻种植为主的大中型灌区灌溉设计保证率不应低于85%，经济作物种植区、设施农业区灌溉设计保证率可提升至90%-95%。2.田间持水量：指土壤中毛管悬着水达到最大峰值时的土壤含水量，此时多余的重力水已经完全排出，土壤水分含量在不受外力扰动的条件下可保持数天不发生明显下降，是确定农田旱作灌水定额上限、计算土壤储水能力的核心指标。不同质地土壤的田间持水量常规取值区间为：砂质土体积含水量16%-22%，壤质土22%-30%，黏质土25%-35%，水稻土淹水前田间持水量可达到30%-38%。3.排涝模数：指单位排涝面积上需要排出的最大地面径流量，单位通常为m³/(s·km²)，是确定农田排水骨干工程断面尺寸的核心参数。我国南方平原稻区10年一遇3日排至作物耐淹水深的排涝模数取值范围为0.3-0.8m³/(s·km²)，北方旱作区相同标准下取值范围为0.2-0.5m³/(s·km²)。4.渠系水利用系数：指灌区末级固定渠道（农渠）输出的总净灌溉流量与渠首引入的总毛灌溉流量的比值，反映了从渠首到农渠出口各级固定输水渠道的水量损失控制水平。依据国家农业节水发展相关要求，新建大中型灌区的渠系水利用系数不应低于0.65，实施续建配套节水改造的灌区渠系水利用系数不应低于0.60。5.作物需水临界期：指作物全生育期内对水分亏缺最敏感、水分供应不足会对最终产量造成最大损失的生育阶段。该阶段作物耐旱能力极差，即使短期轻度缺水也会导致减产幅度超过20%，是农田灌溉优先保障供水的核心时段，冬小麦的需水临界期为孕穗期，棉花为花铃期，玉米为抽雄吐丝期，水稻为孕穗抽穗期。6.地下水临界深度：指在土壤底层存在可溶性盐类的区域，为了避免地下水通过毛管上升作用将盐分携带至土壤耕作层，导致土壤次生盐碱化，所需要将地下水位控制的最小埋深。该数值由土壤毛管水最大上升高度和耕作层安全厚度两部分叠加组成，华北平原壤质土分布区地下水临界深度常规取值为2.0-2.5m，砂质土分布区取值为1.2-1.5m，黏质土分布区取值为2.5-3.0m。7.灌水率：指灌区单位灌溉面积上需要供给的净灌溉流量，单位通常为m³/(s·万亩)，是确定渠道设计流量、编制灌区用水计划的基础参数。灌水率需要根据作物灌溉制度、种植比例进行逐月逐旬计算，校正后不应出现大于1.0m³/(s·万亩)的峰值，避免渠道工程规模过度闲置。8.田间水利用系数：指灌溉水进入田间后，被作物根系活动层实际吸纳的有效水量与进入田间灌块的总灌溉水量的比值，反映了田间灌水环节的水量损失控制水平。采用传统地面畦灌技术的灌区田间水利用系数不应低于0.7，采用低压管灌技术的灌区不应低于0.85，采用喷灌微灌技术的灌区不应低于0.9。9.排渍模数：指单位排渍面积上需要排出的地下水渗漏流量，单位通常为m³/(s·km²)，是确定地下排水工程断面尺寸的核心参数。我国南方渍害田分布区的排渍模数取值范围为0.02-0.05m³/(s·km²)，北方盐碱化改良区的排渍模数取值范围为0.03-0.06m³/(s·km²)。10.水稻“浅湿晒”灌溉制度：是我国南方稻区广泛推广的节水型灌溉模式，核心内容为插秧后返青期保持10-30mm浅水层促进秧苗返青，分蘖前期采用湿润灌溉模式保持土壤含水量达到田间持水量的100%，分蘖末期排水晒田7-10天控制无效分蘖生成，孕穗抽穗期保持10-40mm浅水层，灌浆期采用干湿交替灌溉模式，全生育期可实现节水30%以上，同时降低稻田甲烷排放40%左右。二、填空题（共15空，每空1分，合计15分）1.农田水利学的核心研究范畴是对____和____两类对象的调控与优化，最终实现农田水土资源匹配效率提升、农业稳产增产的目标。2.常规旱作的计划湿润层深度取值为____cm，水稻的计划湿润层深度取值为____cm，作物生育期内需随着根系发育程度逐步调整计划湿润层深度。3.我国农田明渠输水系统通常按照控制等级分为干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠五级，其中斗渠的常规控制灌溉面积为____hm²，农渠的常规控制灌溉面积为____hm²。4.盐碱地水利改良的三大核心技术路径分别为____降低地下水位、____淋洗土壤耕作层盐分、渠道输水防渗减少地下水位抬升补给。5.农田排水系统通常分为两大子系统，其中____子系统负责排出田间多余的地面涝水，____子系统负责排出田间超过临界埋深的地下水渍水。6.依据《灌溉与排水工程设计标准》，我国万亩以上连片灌区的排涝设计标准不应低于____年一遇，要求降雨发生后____日内将田间积水排至作物耐受的淹水深度以内。7.渠道输水损失的三大主要组成部分分别为____、蒸发损失、退泄损失，其中占比最高的是____，通常占到总输水损失的80%以上。参考答案：1.农田水分状况、区域水情分布2.60-100、40-603.300-1000、30-1004.田间排水、灌水冲洗5.明沟除涝、暗管排渍6.10-20、1-37.渗漏损失、渗漏损失三、单项选择题（共10小题，每小题1.5分，合计15分）1.下列四类农田土壤质地类型中，田间持水量数值最高的是（）A.砂质土B.壤质土C.黏质土D.砾质土2.某壤质土灌区实测田间持水量为26%（体积含水量），旱作灌水下限取田间持水量的60%，计划湿润层深度为1.0m，不计其他水量损失的前提下，单次理论净灌水定额为（）A.1040m³/hm²B.2600m³/hm²C.1560m³/hm²D.520m³/hm²3.下列作物需水临界期对应关系表述正确的是（）A.冬小麦需水临界期为播种期B.棉花需水临界期为花铃期C.玉米需水临界期为成熟期D.油菜需水临界期为苗期4.某灌区渠系水利用系数为0.65，田间水利用系数为0.88，该灌区的灌溉水利用系数为（）A.1.53B.0.23C.0.57D.0.765.下列渠道防渗技术中，减渗率最高的是（）A.混凝土衬砌防渗B.浆砌石衬砌防渗C.塑料薄膜复合衬砌防渗D.渠床土夯实防渗6.北方盐碱化地区农田地下水位的控制目标是（）A.埋深小于地下水临界深度B.埋深大于地下水临界深度C.埋深等于土壤毛管上升高度D.埋深小于1.0m7.下列灌水技术类型中，田间水利用系数最高的是（）A.传统畦灌B.喷灌C.滴灌D.膜上灌8.农田排渍工程的核心控制目标是雨后3天内将地下水位埋深降低至（）A.0.3m以内B.0.5m以下C.1.0m以下D.1.5m以下9.灌水率图校正调整过程中，灌水率数值上下浮动的合理幅度不应超过原计算值的（）A.5%B.20%C.50%D.100%10.水稻晒田工序的主要作用不包括（）A.控制无效分蘖B.增强土壤通气性C.减少田间氮素流失D.降低水稻根系活力参考答案：1.C2.A3.B4.C5.C6.B7.C8.B9.B10.D四、简答题（共6小题，每小题5分，合计30分）1.简述农田渠道渗漏的主要危害，以及常用的工程防渗技术措施类型及适用场景。参考答案：渠道渗漏的危害主要包括四个方面：一是造成输水过程水量浪费，降低灌区水资源利用效率，加剧区域水资源供需矛盾；二是抬高渠道沿线区域地下水位，在盐碱化易发区引发土壤次生盐碱化，在黏性土分布区引发土壤渍害；三是长期渗漏浸泡渠床边坡，引发渠道滑坡、冻胀破坏等工程病害，大幅降低渠道工程使用寿命；四是渗漏水流携带农药化肥等污染物进入地下水层，造成地下水水环境恶化。常用的防渗技术措施分为四类：第一类是混凝土衬砌防渗，减渗率可达80%-95%，适用于地形起伏大、输水流量大的骨干干渠、支渠工程；第二类是塑料薄膜复合衬砌防渗，减渗率可达90%以上，造价仅为混凝土衬砌的60%，适用于地形平缓、输水流量较小的斗渠、农渠工程；第三类是浆砌石衬砌防渗，抗冲刷能力强，适用于山区砂石料资源丰富、渠道流速大的灌区；第四类是渠床夯实人工挂淤防渗，无需额外外购建材，适用于小型灌区的临时输水渠道改造项目。2.确定作物灌溉制度的三类主流方法分别是什么，各自的适用场景有哪些？参考答案：三类主流方法分别为经验总结法、水量平衡计算法、田间试验法。经验总结法是通过汇总当地农民长期积累的灌水实践经验，统计得到当地适宜的灌水时间、灌水定额、灌水次数参数，适用于缺乏基础气象、土壤观测数据的新建小型灌区，可快速得到符合当地农作习惯的灌溉制度方案；水量平衡计算法是基于农田土壤计划湿润层的水量收支平衡方程，结合作物需水规律、有效降雨、地下水补给等参数，逐时段计算作物缺水时段的补充灌溉水量，适用于大中型灌区规划设计阶段的灌溉制度制定，计算精度可满足工程设计要求；田间试验法是通过在试验区布设测坑、蒸渗仪等设备，实测不同供水条件下的作物产量、需水量数据，拟合得到作物水分生产函数，可推求水分生产率最高的优化灌溉制度，适用于节水农业科研试点区、高效设施农业区的精细化灌溉制度制定。3.简述农田排水系统的三大核心任务，以及分别对应的典型排水工程措施。参考答案：第一类核心任务是排除田间多余的地面涝水，消除作物短期淹水造成的涝灾伤害，对应的典型工程措施为明沟除涝系统，由田间排水沟、支沟、干沟等多级明渠组成，配套建设涵闸、排涝泵站等交叉建筑物，可在设计标准暴雨发生后快速将田间积水排出灌区外；第二类核心任务是排除田间过高的地下水，消除土壤渍水造成的作物根系缺氧胁迫，对应的典型工程措施为暗管排渍系统，将透水PVC暗管按照10-30m的间距埋设于地下1.0-1.5m深度，可在降雨后快速将过高的地下水位排出，将地下水位埋深控制在作物适宜的范围内；第三类核心任务是排出土壤耕作层中积累的多余盐分，实现盐碱地改良脱盐目标，对应的典型工程措施为竖井排水系统，通过抽取浅层地下水降低区域地下水位，加大降雨淋洗、灌水冲洗的排盐效率，加速盐碱地改良进程，适用于地下水资源丰富的北方大型盐碱化灌区。4.简述地下水临界深度的主要影响因素，以及其在盐碱地改良工程中的应用方法。参考答案：地下水临界深度的主要影响因素分为四类：一是土壤质地类型，土壤孔隙粒径越大，毛管水上升高度越小，地下水临界深度数值越小，砂质土的临界深度显著小于壤质土和黏质土；二是土壤盐分类型，若地下水中盐分以易溶的碳酸钠、氯化物为主，盐分随毛管水上升的迁移效率更高，对应的地下水临界深度数值更大；三是灌区气象条件，蒸发量远大于降雨量的干旱地区，土壤表层水分蒸发强度大，盐分向地表积累的速度更快，对应的地下水临界深度数值更大；四是作物种植类型，根系活动深度大的深根作物要求的地下水临界深度数值更大，避免根系被高浓度盐分损伤。在工程应用层面，盐碱地改良区的排水沟深度、暗管埋深、排井的运行水位都需要以地下水临界深度为核心控制指标，保证灌溉期、降雨期区域地下水位埋深始终大于临界深度，从根源上阻断盐分向耕作层迁移的路径，实现耕作层逐步脱盐。5.简述灌区灌水率图校正的基本原则，以及校正优化后的灌水率图在灌区运行管理中的应用路径。参考答案：灌水率图校正的基本原则包括三点：一是尽可能保持作物需水关键期的供水流量稳定，避免需水临界期的灌水流量被大幅调整，保障作物产量不受影响；二是尽可能将灌水流量峰值均匀分摊到不同时段，避免出现某一旬灌水流量过度集中，导致渠道工程规模过大、闲置率过高；三是尽可能延长适宜灌水的时段长度，方便灌区运行管理人员灵活调度用水，适配不同田块的墒情差异。校正完成的灌水率图可直接用于灌区渠道设计流量计算，作为编制灌区年度用水计划、推行按方收费的计量管理、开展灌区用水效率考核的核心依据，大幅降低灌区用水调度的盲目性。6.简述水稻节水灌溉模式相比传统深水淹灌模式的综合效益。参考答案：一是节水效益显著，全生育期可减少灌溉水量30%以上，单位面积节水可达3000m³/hm²，大幅缓解灌区水资源供需压力；二是产量效益提升，通过晒田等工序控制无效分蘖，提升水稻群体抗倒伏能力，水稻千粒重可提升3%以上，平均增产幅度可达10%-15%；三是生态效益改善，减少稻田淹水时间，提升土壤通气性，降低甲烷等温室气体排放40%以上，减少稻田氮素淋失造成的面源污染；四是工程成本降低，相同灌溉面积下，节水灌溉模式可将灌区渠系设计流量减小25%，大幅降低输水渠道、建筑物的工程投资。五、工程计算题（共1小题，合计20分）某华北平原典型灌区冬小麦播种面积为1500hm²，实测冬小麦全生育期总需水量为540mm，生育期内有效降雨量合计为170mm，生育期地下水对作物根系层的补给量为70mm，播种前计划湿润层的土壤初始储水量为130mm，生育期末计划湿润层允许储水量为80mm，灌区现状渠系水利用系数为0.63，田间水利用系数为0.84，试完成以下计算：1.计算冬小麦全生育期单位面积净灌溉需水量（单位以mm表示）